Samsung oznámil 4nm výrobní proces. Nahradí FinFETy novým 3D tranzistorem MBCFET

2
Cleanroom křemíkové továrny

Dříve nebýval Samsung zas tak významným jménem v polovodičové výrobě, ale snad i proto, že dlouho na zakázku vyráběl procesory pro tablety a telefony Applu, se během této dekády vyšvihl na technologickou špičku. Zejména s FinFETy, které si od něj také licencovalo GlobalFoundries (14nm proces) a vyrábí na nich i procesory AMD Ryzen, nabral na razanci. Dnes u něj vyrábí i Nvidia (čip GP107 z GeForce GTX 1050 a GTX 1050 Ti) a jeho plány se tak pomalu stávají stejně důležitými, jako třeba ty firmy TSMC. A poslední roadmapa, kterou nyní firma představila, ukazuje, že hodlá na plyn šlapat dál. Na následují léta má přichystáno pět generací procesů od 8 až po 4 nm.

Samsung už má v provozu 10nm výrobu nyní a čekalo se, že jako další úroveň by měla přijít 7nm výroba. Nicméně Samsung nakonec hodlá poskytnout větší množství mezikroků. První z nových procesů, které Samung oznámil, je tudíž 8LPP – 8nm Low Power Plus. Tento proces by měl být čímsi jako poslední písní konvenční litografie používající pro osvit dosud běžné 193nm ultrafialové záření – než se poté přejde na pokročilejší, ale také méně probádané extrémní ultrafialové záření (EUV). Proces 8LPP by tak měl nabízet to nejlepší z tradiční technologie, která předtím zformovala 10nm proces (10LPP), ale s určitými zlepšeními nad jeho rámec. Proces 8LPP by tak měl proti 10LPP zlepšit hustotu tranzistorů a výkon. Je možné, že oněch „8 nm“ je spíše přibližné označení a dříve by se tento proces označoval jako vyladěná varianta 10nm.

7nm proces bude od začátku s EUV

Poté už přijde ona velká změna s procesem 7LPP. Samsung potvrdil, že na 7nm procesu použije zřejmě již od začátku EUV (zatímco GlobalFoundries raději začne bez něj a totéž zřejmě Intel), což dovolí za cenu náročnější technologie omezit počet expozičních kroků a snad i masek, jelikož EUV s kratší vlnovou délkou dokáže samo o sobě „kreslit“ jemnější struktury. EUV díky tomu prolomí dřívější limity a dovolí škálovat hluboko za hranici 10 nm. Samsung by měl podobně jako další výrobci pro EUV výrobu používat přístroje od firmy ASML.

Podobně jako evoluční proces 8LPP, po 7nm výrobě by také časem měla přijít ještě její vylepšená verze, označená menším nominálním číslem – 6LPP. Tento 6nm proces využije technologii EUV z předchozí generace, ale přidá nějaká další evoluční zlepšení (která Samsung schovává pod značku „Smart Scaling“). Zřejmě by měla zlepšovat zejména hustotu tranzistorů a spotřebu. O výkonu řeč není, takže je možné, že tato generace bude představovat tzv. „low power“ krok, který se uplatní hlavně u čipů pro IoT a mobilní zařízení, ale ne již u výkonných CPU nebo GPU (jak se tomu stalo s 20nm procesy).

EUV redukuje dosud rostoucí počet expozičních kroků a masek, eventuálně by tedy se tedy výroba čipů s EUV mohla zlevnit (Zdroj: KKNews.cc)
EUV redukuje dosud rostoucí počet expozičních kroků a masek, eventuálně by tedy se tedy výroba čipů s EUV mohla zlevnit (Zdroj: KKNews.cc)

5 nm a 4 nm

Samsung rovnou ohlásil i dva další kroky. 5nm proces 5LPP by měl být další evolucí předchozích 7nm a 6nm procesů, zřejmě založenou na stejné fundamentální technologii. Má přinést snížení spotřeby čipů a „lepší škálování“ díky tomu, že už bude mít některé novinky, které si Samsung chystá na následující generaci. Ta užvšak bude velkým předělem, a tak je asi chce nejprve odladit samostatně na ověřeném známém základu. 5nm proces má být posledním s FinFETy a napnout jejich možnosti nejdál z celé řady těchto litografických generací (začínající u 14nm procesu).

Nový typ tranzistoru: MBCFET

Ona následující generace bude označená 4LPP, tedy 4nm Low Power Plus. Tento proces má přinést nová zlepšení díky překonání limitů daných tranzistorům typu FinFET. Místo nich nasadí zcela novou strukturu označenou MBCFET – Multi Bridge Channel FET (FED znamení „Field Effect Tranzistor“, stejně jako ve zkratce FinFET). MBCFET by měl být vyráběn pomocí nanodestiček (bližší povaha není upřesněna) a také jde o 3D strukturu. O tranzistoru MBCFET byly publikovány odborné práce (třeba tato), podle nichž by zřejmě mohl používat štosování, kde by bylo proloženo vícero kanálů a je řídících bran ve střídajících se vrstvách, zatímco u FinFetu je kanál jen jeden a brány jsou naneseny na jeho boky a horní stranu, tedy ze tří stran.

Tranzistor se strukturou GAAFET - brána obaluje kanál vytovřený z více nanodrátků (Zdroj: KKNws.cc)
Tranzistor se strukturou GAAFET – brána obaluje kanál vytvořený z několika nanodrátků (Zdroj: KKNews.cc)

I u MBCFETu by asi ale onen sendvič mohl být branou obalený ještě kolem dokola, což Samsung označuje jako technologii GAAFET (Gate All Around FET). Samsung podle jiných zdrojů kromě horizontálních vrstev uvažuje i o vertikálních vrstvách naštosovaných vedle sebe, což by připomínalo FinFET s vícero vysokými kanály.

MBCFET má místo nanodrátků kanály tvořené z nanodestiček, zde vrstveným horizontálně (Zdroj: KKNws.cc)
MBCFET má místo nanodrátků kanály tvořené z nanodestiček, zde vrstvených horizontálně (Zdroj: KKNews.cc)

Smyslem tohoto uspořádání je, aby části brány svým polem zasahovaly co nejdůkladněji do všech částí průřezu kanálu a tím jej důkladněji uzavíraly. Nedokonalé uzavření tranzistoru je totiž zdrojem unikání proudů a energetických ztrát (a tedy vysoké spotřeby), s kterými se bojuje již od 90nm procesů.

MBCFET s nanodestičkami uloženými vertikálně (Zdroj: KKNews.cc)
MBCFET s nanodestičkami uloženými vertikálně (Zdroj: KKNews.cc)

Proces 4LPP je zatím velkou neznámou, ale vzhledem k použití zcela nového tranzistoru by opět mohl být větší revolucí. Ta nemusí být nutně patrná hned, jelikož zvládnutí nové technologie může být velmi náročné a efekt zpočátku omezený. Minimálně by ale MBCFET měl uvolnit cestu pro další zlepšení do budoucna, například na 3nm procesu a možná ještě dále. Podobné inovované tranzistory možná nasadí i ostatní firmy, teprve za několik let ale asi uvidíme, zda bude Samsung první, nebo ho někdo stihne předejít. Pokud by s MBCFETy dokázal vytvořit výraznější náskok, možná by se pasoval na vlastníka nejvýkonnějšího a nejpokročilejšího křemíkového procesu. U žádné z těchto technologií ovšem není uvedeno, za jak by se mohla dostat do praxe, takže těžko říct, jak agresivně tato roadmapa bude postupovat.

Evoluce FD-SOI

FinFETy a MBCFETy ovšem nejsou jedinou cestou, kterou Samsung bude rozvíjet. Firma ohlásila i další vývoj své postranní linie procesů používajících wafery typu FD-SOI. Na těch má momentálně 28nm technologii 28FDS. Od té bude vyvinuta novější verze označená 18FDS, ale podobně jako 28nm proces nebude určená pro nejnáročnější výkonné čipy. FD-SOI je u Samsungu vyhrazeno pro trhy, které potřebují nízkou spotřebu, ale při dostupné ceně, a nepotřebují zas tak silné výkony. Proces 18FDS má být vhodný pro zařízení typu IoT (myšleno asi zejména ty pracující na baterii a potřebující co nejdelší výdrž), ale také pro analogové, například bezdrátové komunikační čipy. Na procesu 18FDS se bude dát použít také integrovaná paměť eMRAM.

Samsung oznámil 4nm výrobní proces. Nahradí FinFETy novým 3D tranzistorem MBCFET

Ohodnoťte tento článek!

2 KOMENTÁŘE

    • Bože ty znalosti jsou příšerný… No, chybí ti trocha teorie…
      1. co to je molekula křemíku??? Molekula je složená z několika atomů, takže si asi myslel atom a ne „molekulu“.
      2. Navíc atom křemíku má asi 1/4 nm, takže do 1nm se vlezou +- 4
      3. Jak si myslíš, že se dneska vyrábí procesory/tranzistory, kdyby Si mělo 7nm ??? To už by si byl na fyzikální hranici vyrobitelnosti – 2 vrstvy a konec, máš 14nm. Naštěstí to tak není, viz bod 2.
      Prosím aspoň si o tom něco zjisti, když už chceš komentovat